【LINE Blockchain戰略大解密】三層式LINK區塊鏈技術架構大公開

不同於一般以區塊鏈技術為主的作法，LINE區塊鏈在設計之初就為了發展dApp區塊鏈應用而設計，LINE技術長朴懿彬更以服務導向的區塊鏈（Services-oriented Blockchain）來形容自家的區塊鏈技術LINK。她希望，LINK可以成為各種dApp區塊鏈應用或服務的大平臺，尤其以使用者貢獻內容的服務為主打。

早在9月，LINE就先發表了兩個示範性dApp應用，一個是問答平臺Wizball和未來預測票選服務4Cast。Wizball上線不到三個月，累積問題數已經接近3萬題，回答數也高達了11萬次。

LINE也在今年11月的東京開發日大會中，由LINE區塊鏈實驗室代幣經濟平臺負責人Toshimasa Nasu揭露了自家區塊鏈平臺架構。

Toshimasa Nasu指出，LINE想要實現的代幣經濟，就是要解決現有獎勵平臺、獎勵機制的問題。

例如，常見的獎勵平臺不一定能直接對使用者給予獎勵，有時反而是平臺獲益較大，另一個問題是這類系統非常複雜，資訊透明度也不夠高，例如服務供應商如何發放獎勵，承諾發放1百萬點是否完全發出？點數規則為何？過期與否如何追蹤？點數規則變動了，用戶如何得知？萬一點數規則不公平，用戶又何從對抗或抗議等問題，都是因為點數機制不夠透明所致。「因為點數平臺掌握在平臺供應商手上，沒有一套透明化的公開機制。」他解釋。

就連LINE自己已有一套非常成功的點數系統，光從2017年9月到2018年8月期間，已經發放了328億多個LINE Point點數，也有一套對應的商業模式，可以作為廣告行銷活動之用，也是LINE重要營收來源之一。不過，但Toshimasa Nasu認為，LINE Point平臺還不夠好，區塊鏈技術才會是獎勵機制未來更好的選擇，不但可以直接獎勵使用者，又容易在線上，或甚至是線下流通與交換。

LINK技術架構

LINE的區塊鏈稱為LINK區塊鏈，包括了三層架構，分散式應用的dApp層、中間給開發者用的LINK框架，以及實際的區塊鏈底層LINK Network。

LINE要打造兼具透明化和安全性的區塊鏈

因為區塊鏈可以記錄所有的點數，而且點數發放的歷史記錄可以開放給所有人讀取，所有的獎勵點數也可以由這個區塊鏈網路上所有的人共享，就算點數被偷了，透過區塊鏈技術很容易可以追蹤其下落，就算有人竄改點數記錄的資料，只要和歷史資料比對發現不一致，就可以揪出竄改的人。「透明化和安全是LINE選擇區塊鏈來打造代幣經濟的原因。」他說。

不過，現行的區塊鏈技術仍有不少上手使用的瓶頸，他解釋，對使用者來說，得要先建立錢包，並且要妥善保管那一串很難記憶的複雜私鑰，要探索有哪些相關服務也非常困難。而對開發者而言也有不小的挑戰，要兼顧安全又有擴充性的區塊鏈服務，需要深入了解技術，還要建立適當的資安量測機制。「這些都是LINK區塊鏈想要解決的挑戰。」

三層式LINK區塊鏈架構

也因此，LINE採取了三層式的LINK區塊鏈技術架構，第一層是去中心化的dApp應用層，也可說是服務層。第二層是一套可供開發者快速打造自家區塊鏈dApp應用的LINK框架，可以提供所需的常用API模組。最下層是LINK Network底層，也就是一般所謂的區塊鏈技術層，負責產生區塊，以及驗證交易時的區塊，核心是共識演算法和一套高度擴充性的架構。

LINK框架與底層運作架構

LINK框架中包含了開發dApp常用的元件，可以用來呼叫底層LINK Netwok進行區塊交易處理，LINK底層主要由負責共識驗證的C-Node節點和查詢專用的唯讀節點S-Node組成。

分散式dApp應用的核心是公開的智能合約

在第一層dApp層中，所有的dApps應用都是分散式的應用程式，這些應用部署在各自開發者或維運者的環境中，但這些dApp的核心必須使用來自LINK提供的智能合約（Smart Contract），來定義LINK點數交換的規則。換句話說，LINK智能合約就是dApp的核心業務邏輯機制。

而且，Toshimasa Nasu強調，dApp的智能合約必須公開，讓所有人可以看到。智能合約中也必須提供一些基本的資訊，包括服務商的錢包中持有多少點數，這些點數要如何提撥給用戶等規則。LINE目前也提供了一個線上區塊鏈資訊平臺LINK Scan，可以直接瀏覽所有的智能合約資訊，如4Cast和Wizball這兩個示範性dApp的合約都在站上公開可查詢。

LINE也提供了一套智能合約範本，可供開發者直接使用。開發者設計智能合約不需要專用的開發語言，可以使用Python就能設計，也能直接呼叫LINK框架來建立智能合約。

LINK框架可提供常用API，降低dApp開發門檻

而中間層的LINK框架，則是一套公開可用的API框架，提供多種不同的API模組，例如可用來檢查錢包帳目或區塊資訊的API，也可在使用者一登入dApp時，就自動建立錢包，並設計了一套私鑰安全保管機制，來降低區塊鏈應用的開發門檻。不過，LINE目前還沒完全對外開放dApp的上架。

目前LINK框架包括了LINK Scan UI元件、LINK Admin/TDK UI元件，這是兩個可供設計LINK區塊鏈資訊追蹤或管理介面的API元件，另在LINK API模組中則有區塊資料模組、連線模組、錢包模組、Replayer模組、前端API模組和查詢模組。開發者可以透過這些API就足以存取底層區塊鏈來進行交易或建立區塊，不過，Toshimasa Nasu表示，不一定非得透過LINK框架才能存取底層LINK區塊鏈，開發者也可自己串接底層區塊鏈的元件。LINK框架只是將dApp常用的API功能打包成一套框架。LINK框架也採用了API開發常見的gRPC和JSON-RPC協定。

「藉助dApp和LINK框架層的設計，我們想要創造一個用戶容易探索服務，服務商容易開發dApp應用的平臺，才稱其為服務導向的區塊鏈。」Toshimasa Nasu解釋。

LINK區塊鏈底層技術首度公開

進一步來看LINK區塊鏈的技術底層LINK Network，在LINK區塊鏈中，包括了區塊鏈本身，以及周邊的多種服務監控機制。LINK Chain採用了LINE的IMON監控系統，另外也採用了撐起每天2,500億則訊息的關鍵平臺Kafka來提供區塊鏈上所有區塊的探索和追蹤，也就是LINK Scan平臺，「這是確保LINK透明化的關鍵機制。」Toshimasa Nasu強調。

另一個LINK區塊鏈特別的設計是，Toshimasa Nasu指出，LINK利用區塊鏈技術來建立和驗證區塊，而區塊交易資訊則是記錄在LINE慣用的開源記憶體式資料庫Radis和分散式資料庫HBase中。

在區塊鏈的共識驗證架構上，LINK設計了兩種運算節點，一種是負責執行共識演算法的C-Node節點（Consensus-Node），所有區塊建立或驗證都是透過C-Node節點，另外會從C-Node節點中輪流指派特定節點擔任主要節點的角色，稱為C-Node Leader。C-Node節點叢集自有一套L7負載平衡機制來派送廣播訊息。

LINK另外還有一類節點，稱為S-Node（Sync-Node）。Toshimasa Nasu解釋，這是一般傳統區塊鏈沒有的節點類型，S-Node節點不是用來負責驗證或產生區塊的節點，而是專供查詢用途的唯讀節點，S-Node會自動同步取得C-Node完整的區塊資料副本，但只提供查詢而無法修改內容。

LINK設計參考了LINE過去提供大量即時通訊服務的經驗，訊息查詢的需求，遠高於訊息寫入的需求，而LINE團隊設計區塊鏈時，特別強調LINK區塊鏈的透明化設計，這類節點也是專供LINK Scan探索服務之用的節點，而不需要向C-Node驗證節點來查詢資訊，而影響了驗證節點的執行效能。

LINK區塊鏈主鏈與周邊服務

除了共識計算用的C-Node和查詢專用的S-Node節點之外，LINK區塊鏈也採用了自家IMON監控系統，以及撐起每天2,500億則訊息的關鍵平臺Kafka，來提供區塊鏈上所有區塊的探索和追蹤，區塊交易資訊則是記錄在LINE慣用的開源記憶體式資料庫Radis和分散式資料庫HBase中。

追求驗證速度，LINK採用PBFT共識演算法

在共識演算法上，LINK採用了1999年提出的實用拜占庭容錯演算法（Practical Byzantine Fault Tolerance，簡稱PBFT）。Toshimasa Nasu解釋，LINK優先考慮驗證速度，才選擇PBFT。這也是現在追求交易速度的區塊鏈技術，慣用的主流共識演算法之一。

在PBFT共識演算法中，會有兩種角色的驗證節點，Leader（主要節點）和Replica（副本節點），在LINK中，所有C-Node都可說是Replica節點，並從中指定一個C-Node擔任Leader節點的角色。

PBFT進行區塊共識計算時，分成三個階段，包括Pre Prepare預先預備階段、Prepare預備階段和Commit確定階段。首先，當有區塊交易需求的用戶（也就是dApp）先向Leader節點提出區塊交易需求，Leader節點就會進入Pre Prepare階段，先產生一個臨時區塊，並將這個區塊的資訊，廣播給所有副本節點。

接著就是進入Prepare階段，這就是區塊驗證的階段，每一個C-Node副本節點會確認這個區塊的建立過程是否正確，驗證確認後，這些C-Node再互相發送驗證確認的訊息，廣播給其他C-Node。

一般在PBFT演算法中，在一定時間內，一個C-Node收到全體驗證節點中的三分之二的C-Node節點送來的驗證確認訊息後，就可以將這個區塊視為最終的區塊，並且進入最後的Commit（確定）階段，這時，這批C-Node再度送出確定這是最終區塊的訊息，並再次廣播給其他人，同樣的，一個C-Node收到超過三分之二的節點送來「最終區塊」的確定通知，代表多數節點都同意（建立共識）這是定案的最終區塊，這就完成了整個PBFT共識計算，成功地建立了一個區塊，而這個共識計算中的「最終區塊」就是那個完成的正式區塊，各C-Node就可以將其記錄下視為是區塊鏈上的正式區塊。最後再由Leader節點，將這個正式區塊的訊息，回覆給提出區塊交易請求的用戶。

另有一個分散運算的設計是，LINK不會將主要節點集中在少數的C-Node上，「一旦這個Leader節點產生的區塊數，達到上限，或者是無法再產生節點（例如當機）後，就要換人擔任Leader節點，採取輪流擔任制。」Toshimasa Nasu解釋。

為了日後擴充所需，在C-Node內，也採取了模組化設計架構，包括了四大模組，用戶介面模組（支援REST和jsonRPC）、訊息佇列 （Message Queue）、網路介面（還細分成內部服務和外部服務），另外在C-Node內部Channel設計上，還分為LINK核心模組和LINK服務模組。

LINK核心包括了Peer管理機制（Peer Manager）、區塊管理機制（Peer Manager）、共識管理機制（Consensus Manager）和廣播管理機制（Broadcast Manager），而LINK服務模組則有基礎幣管理機制（Base Coin Manager）、STEP管理機制（STEP Manager）、治理管理機制（Governance Manager）和LINK合約管理機制（LINK Contract Manager）。

智能合約更新也採用PBFT共識演算法

不只區塊建立或交易是透過PBFT共識計算過程，在LINK中，智能合約的更新也是透過同樣的PBFT共識計算過程，但又與區塊的共識處理過程略有不同。

Toshimasa Nasu解釋，透過PBFT更新智能合約是LINK獨特的設計，首先只有在白名單中允許的dApp，可以直接將要更新的智能合約打包成一個壓縮檔，（不用先由Leader節點產生暫時區塊的作法），將合約檔送到C-Node進行共識計算，同樣經過三階段驗證（Pre Prepare、Prepare和Commit三階段），最後可以產生一個共同接受變更的新版智能合約。

不過，因為智能合約是一段程式碼，因此在Prepare驗證時，還得把壓縮後的合約解開，產生臨時性的智能合約和對應的執行環境，來進行區塊交易的合約試算驗證，速度上比原本區塊驗證還要多費上一番功夫。

他估計，等到LINK框架開放給所有人之後，就會進一步把LINK區塊鏈技術公開，讓第三方也可以自己建立一套LINK區塊鏈，也可以讓LINK區塊鏈成為一套聯盟鏈，有一個主要的根鏈（Root-Chain），同時也可以有多個子鏈（Leaf-Chain）架構。這個聯盟鏈的架構，Toshimasa Nasu稱其為LINEAR NETWORK。不過，在開發日大會上，LINE還沒有揭露子鏈如何與根鏈之間串連的機制細節。

LINK區塊鏈dApp運作流程剖析

開發者如何用LINK框架來執行dApp？打造dApp的管理者，要先用LINK框架建立管理者帳號，也同步就會建立了管理者錢包，接著是幫自家dApp註冊，同時也要建立這個dApp所要使用的智能合約，並付款來取得一批LINK幣（或提撥LINK幣），以供智能合約支付給使用者之用，管理者這時也會取得已付款的帳單。

另外，管理者需在管理者錢包中，設定一個可以存取錢包的白名單，目前也允許多位管理者帳號共同管理錢包和dApp。

除此之外，LINK框架還提供了「維運者」的角色，可以由管理者建立維運者資料，並有對應的維運者錢包和維運者錢包白名單。

使用者得使用自己的LINE帳號，才能登入各種dApp應用，這時LINE框架會自動建立使用者的錢包，當使用者在dApp上的活動符合獎勵規則時，例如在Wizball上發言可獲得LINK點數獎勵，就會由dApp進行LINK點數轉帳，透過LINK框架呼叫智能合約，並檢查這個dApp是否符合錢包的白名單（一個管理者錢包可供多個dApp共用），也同步檢查維運者錢包，最後再依據合約判斷要轉出多少LINK幣到使用者錢包中，或是否要分潤（或付費）多少LINK幣到維運者錢包中。

所有這些帳號管理、交易的記錄，都可透過LINK Scan UI元件來追蹤，開發者可以了解dApp呼叫LINK框架來存取LINK Network完成指令的每一個過程。

LINK發展藍圖首度公開

Line已經在8月上線了LINK的主鏈，Toshimasa Nasu表示，預計在12月底在內部上線LINEAR Network架構，以便在明年第一季時，可以開放第三方夥伴上傳各自的dApp，「明年第二季時，則會全面開放LINK的dApp給所有人。」這是LINE首度公開的LINK區塊鏈未來發展時程。

到了明年，dApp不只可以透過LINK框架存取底層鏈LINKEAR Network，也可以直接呼叫底層的節點功能，例如直接查詢S-Node上的資料，或者，dApp開發者也可以自己部署一套LINK子鏈的區塊鏈，讓dApp直接讀取子鏈上的資訊。

Toshimasa Nasu表示，目前LINK區塊鏈仍是一套部署在LINE內部的私有區塊鏈，來進行各種優化設計，一但完成優化之後，會把LINK底層區塊鏈技術公開。「LINK一定會開源，放到GitHub上釋出程式碼。」他強調，只是目前還沒有確切的時間表。

LINK將成聯盟鏈架構

LINK區塊鏈未來將成為一種聯盟鏈架構，dApp不只可以透過LINK框架存取底層鏈LINKEAR Network，也可以直接呼叫底層的節點功能，例如直接查詢S-Node上的資料，或者，等到LINK區塊鏈開源後，dApp開發者也可以自己部署一套LINK子鏈的區塊鏈，讓dApp直接讀取子鏈上的資訊。

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